• Langue : Anglais
• Discipline : Biologie de l'environnement, des organismes, des populations, écologie
• Identifiant : 2024ULILR079
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 12/12/2024

Résumé en langue originale

Les cultures lignocellulosiques à haut rendement, telles que le miscanthus, le sorgho et le chanvre industriel, ont la capacité de se développer dans des sols contaminés ou dégradés, ce qui les rend bien adaptées au phytomanagement. Ces plantes offrent une alternative prometteuse pour la bioénergie, tout en permettant d'assainir les sols contaminés. Pour améliorer le phytomanagement, divers amendements du sol tels que le compost, le biochar, les matériaux inorganiques et les chélates ont été utilisés. Ceux-ci visent à réduire l'exposition aux métaux dans la solution du sol, à promouvoir la croissance des plantes et leur potentiel de remédiation, et à améliorer la qualité globale du sol et les services écosystémiques. Compte tenu des effets négatifs associés à certains chélates organiques, des traitements alternatifs tels que les champignons mycorhiziens et les biostimulants, y compris les hydrolysats de protéines et les mélanges d'acide humique/fulvique, ont été utilisés. En plus de contribuer potentiellement au phytomanagement du sol contaminé, ces alternatives contribuent également à améliorer la croissance des plantes et la qualité du sol. Il est nécessaire de disposer de plus d'informations issues d'essais sur le terrain concernant les stratégies de phytomanagement visant à améliorer la production de biomasse à l'aide de champignons mycorhiziens, de biostimulants et de leurs combinaisons, en particulier pour les cultures lignocellulosiques cultivées dans des sols contaminés par des métaux.La première partie de la thèse s'est concentrée sur des essais en pots pour tester l'effet des biostimulants (hydrolysats de protéines et acides humiques/fulviques) et des champignons mycorhiziens à arbuscules et leur combinaison sur le rendement en biomasse et l'extraction des métaux de cultures énergétiques lignocellulosiques sélectionnées (miscanthus et chanvre). Les résultats de ces essais ont montré que les acides humiques/fulviques seuls (HFA) et leur combinaison avec des champignons mycorhiziens à arbuscules (HFAxAMF) augmentaient le rendement de la biomasse et l'absorption des métaux du chanvre et du miscanthus. HFA et HFAxAMF ont également réduit les concentrations labiles de cadmium (Cd) et de zinc (Zn) dans le sol. Ces résultats ont confirmé que HFA et HFAxAMF sont des biostimulants pertinents qui doivent être testés et validés dans des conditions réelles sur le terrain.Les résultats de l'essai sur le terrain ont montré que HFA et HFAxAMF n'ont pas eu d'effet significatif sur le rendement de la biomasse et l'extraction des métaux des cultures énergétiques lignocellulosiques testées. Après deux ans d'expérimentation, le sorgho et le chanvre industriel ont produit en moyenne 12.4 t ha-1 et 11.2 t ha-1, malgré une première année marquée par la sécheresse. De plus, les concentrations extractibles de Cd, de plomb (Pb) et de Zn dans le sol ont diminué respectivement de 95%, 73% et 95% après deux ans de culture. La culture du sorgho au cours de ces deux années a permis d'extraire en moyenne 140, 200 et 1970 g ha-1 de Cd, de Pb et de Zn, respectivement. En revanche, la culture du chanvre a entraîné des exportations de Cd, Pb et Zn équivalant à 9, 230 et 870 g ha-1, respectivement. Les cultures de chanvre et de sorgho ont amélioré le cycle des nutriments et le stockage du carbone dans le sol. Elles ont également augmenté l'abondance des groupes microbiens du sol qui sont sensibles à la contamination du sol par les métaux, ce qui indique une amélioration de la santé du sol. L'indice de qualité du sol (SQI) a montré que le chanvre et le sorgho amélioraient la qualité du sol. Les résultats montrent que le sorgho et le chanvre industriel sont des espèces végétales pertinentes pour la phytomanagement d'une vaste zone contaminée par les métaux, telle que celle située à proximité de l'ancienne fonderie de Pb/Zn de Metaleurop Nord, dans un contexte d'accélération du changement climatique marqué par une forte sécheresse.

Résumé traduit

High-yielding lignocellulosic crops, such miscanthus, sorghum and industrial hemp, possess the ability to thrive in contaminated or degraded soils, making them well-suited for phytomanagement. These plants offer a promising alternative for the bioenergy, simultaneously providing an opportunity to remediate contaminated soils. To enhance phytomanagement, various soil amendments such as compost, biochar, inorganic materials, and chelates have been employed. These ones aim to reduce metal(loid) exposure in the soil solution, promote plant growth and its remediation potential, and enhance overall soil quality and ecosystem services. Given the adverse effects associated with some organic chelates, alternative treatments such as mycorrhizal fungi and biostimulants, including protein hydrolysates and mixtures of humic/fulvic acid, have been used. Beyond potentially aiding in soil phytomanagement, these alternatives also contribute to improving plant growth and soil quality. More information from field trials is needed on phytomanagement strategies to enhance biomass production using mycorrhizal fungi, biostimulants, and their combinations, particularly for lignocellulosic crops cultivated in metal-contaminated soils.The first part of the thesis focused on pot trials to test the effect of biostimulants (protein hydrolysates and humic/fulvic acids) and arbuscular mycorrhizal fungi and their combination on biomass yield and metal extraction of selected lignocellulosic energy crops (miscanthus and hemp). The results of these trials showed that humic/fulvic acids alone (HFA) and its combination with arbuscular mycorrhizal fungi (HFAxAMF) increased the biomass yields and metal uptake of hemp and miscanthus. HFA and HFAxAMF also reduced labile concentrations of cadmium (Cd) and zinc (Zn) in the soil. These results confirmed HFA and HFAxAMF as relevant biostimulants to be tested and validated under real field conditions.The results of the field trial showed that HFA and HFAxAMF did not have a significant effect on biomass yield and metal extraction of the tested lignocellulosic energy crops. After two years of experimentation, sorghum and industrial hemp produced an average of 12.4 t ha-1 and 11.2 t ha-1, despite a first year marked by drought. In addition, the extractable concentrations of Cd, lead (Pb) and Zn in the soil decreased by 95%, 73% and 95% respectively after two years of cultivation. Phytomanagement with sorghum during these two years resulted in the extraction of an average of 140, 200 and 1970 g ha-1 of Cd, Pb and Zn, respectively. In contrast, the hemp management resulted in Cd, Pb and Zn exports equivalent to 9, 230 and 870 g ha-1, respectively. The hemp and sorghum cultures improved nutrient cycling and carbon storage of the soil. They also enhanced the abundance of soil microbial groups that are sensitive to soil metal(loid) contamination indicating an improvement in the soil health. The soil quality index (SQI) showed that hemp and sorghum improved the soil quality. The results show that sorghum and industrial hemp are two relevant plant species for the phytomanagement of a vast area whose soils are contaminated by metals, such as the one located near the former Metaleurop Nord Pb/Zn smelter, and moreover, in a context of accelerating climate change marked by severe drought.